Methoden zur hochdynamischen und hochgenauen Bahnregelung von Messmaschinen mit multiskaliger Sensorik

Von:

Alexander David Keck

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Ein wichtiger Baustein zur Steigerung der Geschwindigkeit und der Flexibilität in der mechanischen Fertigung ist eine vollumfängliche und automatische Qualitätsinspektion aller produzierten Bauteile im Fertigungsprozess. Moderne optische Sensoren verfügen über die benötigte Leistungsfähigkeit, sofern sie gegenüber dem Werkstück unter Einhaltung der durch die Messaufgabe definierten Spezifikationen bewegt werden können. In der vorliegenden Arbeit werden daher schwerpunktmäßig drei Teilaspekte einer solchen Qualitätsinspektion betrachtet. Zunächst wird die Planung der durchzuführenden Bewegungen des Sensors gegenüber dem Werkstück erläutert. Die Durchführung der auf diese Weise geplanten Bewegungen ist Aufgabe der Maschinensteuerung und -regelung. Im Falle einer Messmaschine treten zwei in dieser Hinsicht besonders anspruchsvolle Fälle auf. Sollen einerseits Sensoren mit sehr hoher Auflösung, aber kleinem Messfeld über die Werkstückoberfläche geführt werden, müssen Bewegungen mit sehr kleinen Geschwindigkeiten durchgeführt werden. Hierbei stellt die Reibung in den Positionierachsen den dominanten genauigkeitslimitierenden Einfluss dar. Um auch unter dem Einfluss der Reibung eine hohe Bahngenauigkeit sicherstellen zu können, wird ein auf dem elastoplastischen Reibmodell basierendes, modellbasiertes Reibungskompensationssystem eingesetzt. Dieses wird im zweiten Teilaspekt dieser Arbeit ausführlich vorgestellt. Den dritten Teilaspekt der vorliegenden Arbeit stellt die Modellierung und Kompensation der bei sehr schnellen Bewegungen auftretenden dynamischen Bahnfehler dar. Es wird eine Methode zur modellbasierten Kompensation dieser dynamischen Fehler vorgestellt, welche die auftretenden Bahnfehler aktiv kompensiert anstatt diese durch dynamische Einschränkungen zu vermeiden.